JP3180033B2 - レーザ加工装置及びダムバー加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所望の加工位置を
高速で加工するレーザ加工装置、及びそのレーザ加工装
置を用いたダムバー加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルス状のレーザ光を利用した加工とし
ては、切断、穴あけ、溶接等の加工方法が機械、電子、
半導体装置などの多方面の分野の製造過程で利用されて
いる。従来のレーザ加工装置の一例を図９及び図１０を
参照しながら説明する。

【０００３】従来のレーザ加工装置は、図９にその一例
を示すように、レーザヘッド３１とレーザ電源３３とか
ら構成されるレーザ発振器３０、加工光学系３２、被加
工物であるワーク４０を搭載し水平面内（ＸＹ平面内）
に移動可能なＸＹテーブル４１、レーザヘッド３１及び
加工光学系３２を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺ
テーブル４２、ＸＹテーブル４１の水平面内の移動動作
とＺテーブル４２の上下方向の移動動作とレーザ発振器
３０の発振動作とを自動または手動で制御するメインコ
ントローラ４３を備える。

【０００４】また、レーザ電源３３は、レーザコントロ
ーラ３３ａ、交流電源部３３ｂ、安定化電源部３３ｃ、
コンデンサ部３３ｄ及びスイッチ部３３ｅから構成され
る。レーザコントローラ３３ａから指令された電圧値に
従って、交流電源部３３ｂから供給された交流電流が安
定化電源部３３ｂにより直流に変えられ、コンデンサ部
３３ｄに供給され、コンデンサ部３３ｄに蓄積された電
荷がスイッチ部３３ｅの所定の開閉タイミングに基づき
レーザヘッド３１の励起ランプ３１ａに放電される。こ
のスイッチ部３３ｅの開閉はレーザコントローラ３３ａ
からパルス幅及びパルス周波数を指令するトリガ信号に
従って行われる。そして、励起ランプ３１ａに励起され
たレーザヘッド３１内のレーザ媒体（図示せず）よりパ
ルス状のレーザ光が発振する。

【０００５】また、レーザヘッド３１にはビームシャッ
タ３１ｂが内蔵されており、このビームシャッタ３１ｂ
が開閉することによってパルス状のレーザ光をＯＮ／Ｏ
ＦＦし、ワーク４０へのレーザ光の照射を制御する。即
ちワーク４０を加工する場合には上記ビームシャッタ３
１ｂを開き、加工しない場合には上記ビームシャッタ３
１ｂを閉じる。このビームシャッタ３１ｂの開閉動作時
間は１００〜３００ｍｓ程度であり、その制御は前述の
レーザコントローラ３３ａから行うが、メインコントロ
ーラ４３からレーザコントローラ３３ａを介して行うこ
とも可能である。

【０００６】上記のようなレーザ加工装置を用いて、例
えばＩＣパッケージ（半導体装置）のダムバー部の除去
（切断）を行う場合について説明する。図１０（ａ）は
ワーク４０としてのＩＣパッケージの平面図、図１０
（ｂ）は図１０（ａ）のＢ部の拡大図である。図１０
（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダムバー部２は、ＩＣ
に使用されるリードフレーム１ａのリード部４を連結し
ており、ＩＣのモールド時、即ち樹脂モールド１による
一体封止時に流出する樹脂を堰止める役割と、リードフ
レーム１ａのリード部４を補強する役割を持ち、製造過
程の最後に除去される部分である。このダムバー部２を
パルス状のレーザ光で除去する加工手順を、図１０
（ｂ）のＫ点の除去（切断）が終了し、続いてＬ点の除
去を行う場合を例にとって説明すると、次のようにな
る。

【０００７】（１）ＸＹテーブル４１により、ワーク４
０上へのレーザ光照射位置を図１０（ｂ）中Ｋ点からＬ
点の方向（Ｘ軸の正方向）に移動させる。但し、Ｘ軸及
びＹ軸を図１０（ｂ）のように定める。 （２）Ｌ点で位置決めし、ＸＹテーブル４１を停止す
る。 （３）ビームシャッタ３１ｂを開く。 （４）レーザ光を照射してＬ点のダムバー部１０２を除
去する。 （５）ビームシャッタ３１ｂを閉じる。

【０００８】以上（１）から（５）の加工手順を繰り返
すことにより、図１０（ａ）に示すＩＣパッケージの４
辺にあるダムバー部２を順次除去していく。このとき、
ＸＹテーブル４１の移動及び停止、ビームシャッタ３１
ｂの開閉は、メインコントローラ４３に予め入力したプ
ログラムに従って実行される。また、この間レーザ光は
常時パルス状に発振するか、またはビームシャッタ３１
ｂが開いたのと同期して発振し、これらの制御は前述の
レーザコントローラ３３ａで行われる。

【０００９】上記とは別に、ダムバー部の除去に用いて
好適なレーザ加工装置またはレーザ加工方法に関する従
来技術として、例えば特開平６−１４２９６８号公報に
記載のものがある。この従来技術では、加工位置近傍に
おける被加工物の有無を検出光により検出して対応する
検出信号を発生する検出手段と、その検出信号に基づい
て矩形波信号を発生する矩形波信号発生手段と、その矩
形波信号に基づいたタイミングでパルスレーザ光が照射
されるようパルスレーザ光の発振を制御する制御手段と
を備えたレーザ加工装置が開示されており、加工位置が
等間隔である場合のみならず等間隔でない場合にも所望
の加工位置を高速で加工することができる。

【００１０】また、特開平８−１３６６号公報では、特
開平６−１４２９６８号公報のレーザ加工装置に、加工
用のパルスレーザ光の照射位置に対する検出光による検
出位置の相対位置を被加工物上で変更する検出位置切り
換え手段をさらに設けたレーザ加工装置が開示されてい
る。この検出位置切り換え手段を用いれば、煩雑な作業
を要せず被加工材の寸法や形状に応じて任意に検出光の
検出位置を変更し、最適な検出位置を設定することが可
能となる。この従来技術では、検出位置切り換え手段と
して、例えば、検出光の元の光軸に対し傾斜した表面を
有し、その元の光軸まわりに回転可能な回転式ウェッジ
基板手段が記載されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】通常のＩＣパッケージ
のダムバー部の寸法は幅０．１〜０．３ｍｍ程度、厚さ
０．１５ｍｍ程度であるので、ダムバー部２を除去する
場合にはレーザ光の１パルスで十分除去可能である。従
って、実際の加工に要する時間はパルスレーザ光のパル
ス幅の時間に相当し、０．１〜１ｍｓ程度である。とこ
ろが、前述した（１）〜（５）の加工手順においてはビ
ームシャッタ３１ｂの開閉動作時間である２００〜６０
０ｍｓとＸＹテーブル４１の移動時間とにより、一つの
ダムバー部２を除去するために１ｓ程度の時間を費や
し、ダムバー部２の切断個数やＩＣパッケージの製造個
数を考慮すると加工時間がかかり過ぎることになる。

【００１２】また、一般的にリードフレーム１ａのリー
ド部４のピッチは等ピッチであることが多いが、リード
フレーム１ａの製造誤差や、樹脂でモールドする時の温
度履歴による歪や、ハンドリングによる外力などで変形
し、ダムバー部２の除去時には必ずしも等ピッチになっ
ていない場合がある。前述の（１）〜（５）のダムバー
部２の除去方法では、ダムバー部２を除去する箇所をプ
ログラムとして予めメインコントローラ４３に登録して
おくが、この方法では上記リード部４が等ピッチになっ
ていないことには対応できず、さらに製造誤差や変形が
累積して誤差が増大するような最悪の場合には、残して
おくべきリードフレームのピンの部分にダメージを与え
る可能性もある。

【００１３】これに対し、特開平６−１４２９６８号公
報に記載の従来技術によれば、前述のように加工位置が
等間隔である場合のみならず等間隔でない場合にも所望
の加工位置を高速で加工することができるため、ピンが
等ピッチでなく不規則な配列になった場合でもダムバー
部の除去にある程度対応できる。しかしながら、材料の
有無を検出すべき検出光による検出位置の、加工位置に
対する相対的な位置は、任意に変更することができない
ため、被加工物の寸法や形状が変わる毎に一々設定しな
ければならず、そのために煩雑な作業を必要とする。

【００１４】特開平８−１３６６号公報に記載の従来技
術によれば、前述のように検出位置切り換え手段を設け
たことにより、煩雑な作業を要せずに被加工材の寸法や
形状に応じて任意に検出光の検出位置を変更し、最適な
検出位置を設定することが可能となる。しかしながら、
この従来技術では、検出位置と加工位置との距離を変更
する際に検出位置切り換え手段により元の検出光の軸に
対して検出光を傾斜させているため、被加工物表面に入
射する検出光の光路と、被加工物表面で反射した検出光
の光路が異なってしまい、検出光の反射光の一部が検出
手段から外れて入射しない可能性がある（このような現
象を、検出手段へ入射する検出光の反射光がケラれる、
と言う場合がある）。即ち、検出手段に到達する被加工
物表面の情報を含む反射光量の一部が損失してしまい、
さらに被加工物表面の凹凸等による反射光量の変動も加
わって、高精度な検出が行えず、加工用のレーザ光照射
位置の位置決め精度に影響してしまう。

【００１５】本発明の目的は、検出光による被加工物の
材料の有無の検出結果を基に所望の加工位置にレーザ光
を照射しながら被加工物を移動させて加工を行うに際し
て、検出位置の加工位置に対する相対的な位置を被加工
物の寸法や形状に応じて変更可能であり、しかも検出光
の反射光量の損失を防止して高精度に検出が行え、高い
位置決め精度で高速に所望の加工位置での加工を実施す
ることができるレーザ加工装置及びダムバー加工方法を
提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、パルス状のレーザ光を発振するレ
ーザ発振器と、そのレーザ光を被加工物の加工位置表面
に垂直に誘導する加工光学系と、上記レーザ光を加工位
置に集光させる集光レンズと、被加工物を移動させその
加工位置を決定する搬送手段とを備えるレーザ加工装置
において、検出光を発生する検出光発生手段と、その検
出光を前記集光レンズを介して前記加工位置近傍の検出
位置に誘導する検出光学系と、前記レーザ光の照射位置
に対する前記検出光の検出位置の相対位置を被加工物上
で変更する検出位置切り換え手段と、前記検出光学系に
設けられ、前記検出位置切り換え手段による前記レーザ
光の照射位置に対する前記検出光の検出位置の相対位置
の変更に係わらず、前記検出光が前記集光レンズの入射
側焦点位置を通過するように前記検出光の光路を変更す
る検出光光路変更手段と、前記検出位置からの検出光の
反射光を基にその検出位置における被加工物の有無を検
出して対応する検出信号を発生する検出手段と、その検
出手段からの検出信号に基づき被加工物の所定の加工位
置にレーザ光が照射されるようそのレーザ光の発振を制
御する制御手段とを備えることを特徴とするレーザ加工
装置が提供される。

【００１７】上記のように構成した本発明においては、
検出光発生手段からの検出光を、検出光学系により加工
位置近傍の検出位置に誘導し、その検出位置からの検出
光の反射光を基にその検出位置における被加工物の有無
を検出して対応する検出信号を発生する。この動作は搬
送手段によって被加工物を移動させながら行う。また、
検出位置切り換え手段を用いて、加工用のレーザ光の照
射位置に対する検出光の検出位置の相対位置を被加工物
上で変更する。上記検出光は、加工用のレーザ光を加工
位置に集光させるための集光レンズを介して上述の検出
位置に誘導されるが、検出光の光路が集光レンズの入射
側焦点位置を通過するように、検出光の光路を検出光光
路変更手段で変更する。この検出光光路変更手段として
は、例えば平行平板ガラスが適している。

【００１８】上記のように集光レンズの入射側焦点位置
を検出光が通過するように構成することにより、集光レ
ンズから出て被加工物に入射する検出光の光路は加工用
のレーザ光の光軸と平行となり、検出光は被加工物表面
に垂直に入射するため、被加工物表面で反射した検出光
を元の光路と同一の光路上に通すことができる。即ち、
検出光の反射光は加工用のレーザ光と平行に進んで集光
レンズに入射し、集光レンズから出た反射光はその集光
レンズの入射側焦点位置を再び通過することになる。従
って、検出光の反射光が検出手段から外れる（ケラれ
る）ことを防止することができ、被加工物表面の情報を
含む検出光の反射光量を損失させることがなく、高精度
な検出が行える。

【００１９】そして、上記検出信号を制御手段に入力す
ることにより、制御手段で上記被加工物の有無に基づく
検出信号に基づいてレーザ光の発振が制御される。これ
により、被加工物の表面の情報に応じ、高い位置決め精
度で高速に所望の加工位置での加工を実施することがで
きる。

【００２０】また、上記のような本発明のレーザ加工装
置によれば、リードフレームに半導体チップを搭載し樹
脂モールドで一体に封止したＩＣパッケージのダムバー
を切断する本発明のダムバー加工方法を実施することが
できる。

【００２１】即ち、上記のようなレーザ加工装置を用
い、検出光を加工位置近傍に照射し、その検出光の反射
光を基に前記加工位置に対応する検出信号を発生させ、
その検出信号に基づく所定のタイミングでダムバーにレ
ーザ光が照射されるようそのレーザ光の発振を制御する
ことを特徴とするダムバー加工方法が可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明によるレーザ加工装置及び
ダムバー加工方法の一実施形態について、図１〜図８に
より説明する。但し、ここでは、矩形の四方向からリー
ドが延び、しかも等間隔にリードが配列されたＱＦＰ型
ＩＣパッケージにおけるダムバー部の除去について説明
する。

【００２３】図１に示すように、本実施形態のレーザ加
工装置には、レーザヘッド１１とレーザ電源１３とから
構成させるレーザ発振器１０、加工ヘッド１２、ワーク
１（被加工物であるＩＣパッケージ）を搭載し水平面内
（ＸＹ平面内）に移動させる搬送手段としてのＸＹテー
ブル２１、レーザヘッド１１及び加工ヘッド１２を上下
方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺテーブル２２、メイン
コントローラ２３とトリガユニット２４を備えたコント
ロールユニット２５が備えられている。メインコントロ
ーラ２３は、ＸＹテーブル２１の水平面内の移動動作と
Ｚテーブル２２の上下方向の移動動作とレーザ発振器１
０の発振動作を自動的に制御する。

【００２４】レーザ電源１３は、安定化電源部１３０、
コンデンサ部１３１、スイッチ部１３２、交流電源１３
３、及びレーザコントローラ２６を有する。このレーザ
電源１３では、まず、交流電源１３３より供給された交
流電源が安定化電源部１３０に供給され、レーザコント
ローラ２６から指令された電圧値に従って直流に変えら
れ、コンデンサ部１３１に供給される。コンデンサ部１
３１に上記電圧値で供給された電荷は、レーザコントロ
ーラ２６からのトリガ信号ＦＰ（後述する）に従うスイ
ッチ部１３２の開閉動作により、レーザヘッド１１に備
えられた励起ランプ１１０に供給される。このパルス状
の電荷により上記励起ランプが発光し、これによりレー
ザ媒体が励起され加工用のパルス状の加工用レーザ光１
００（図２参照）が射出される。

【００２５】また、レーザヘッド１１には、開閉するこ
とによってレーザ発振器１０より放出されるレーザ光を
ＯＮ／ＯＦＦするビームシャッター１１１が備えられて
いる。このビームシャッター１１１の開閉動作時間は１
００〜３００ｍｓ程度であり、その開閉動作の制御は、
レーザコントローラ２６から行うが、メインコントロー
ラ２３からレーザコントローラ２６を介して行うことも
可能である。

【００２６】また、図２に示すように、加工ヘッド１２
内部には、加工用レーザ光１００の波長に対し高い反射
率特性を持つベンディングミラー２２０、集光レンズ２
２１が備えられており、これらが加工光学系２２０ａを
構成する。この構成は従来のレーザ加工装置の構成と同
様である。

【００２７】本実施形態では上記構成に検出光としての
検出用レーザ光２２８を発生する検出光源２２２、コリ
メータレンズ２２３、ハーフミラーとしての機能を備え
たビームスプリッタ２２４、光検出器２２６、回転式ウ
ェッジ基板装置２３０を備えた検出光学系２００が追加
され、さらに、この検出光学系２００には透明な平行平
板ガラス２２７が設けられている。

【００２８】上記検出光源２２２としてはレーザダイオ
ード（半導体レーザ）等のレーザ光源が適しており、こ
の検出光学系２００は基本的にはＣＤプレーヤのディス
ク信号を読みとる光ピックアップ部の光学系の構成に類
似している。勿論、検出光として使用される上記検出用
レーザ光２２８は、レーザ加工を行うための加工用レー
ザ光１００とは異なるものであることはいうまでもな
い。

【００２９】回転式ウェッジ基板装置２３０は検出位置
切り換え手段であって、一枚のウェッジ基板２２５を有
し、そのウェッジ基板２２５は回転ユニット２３０Ａに
収納され、回転ユニット２３０Ａは回転モータ２３０ａ
により検出用レーザ光の元の光軸Ｒのまわりに回転可能
になっている。即ち、回転モータ２３０ａの回転によっ
てウェッジ基板２２５が検出用レーザ光２２８の元の光
軸Ｒのまわりに回転し、任意の回転角を設定することが
できる。

【００３０】また、平行平板ガラス２２７は回転ユニッ
ト２３０Ａ中に取り付けられ、検出用レーザ光２２８の
元の光軸Ｒに直交する面に対して傾斜角度ψをなすよう
に傾斜している。そして、回転モータ２３０ａによりウ
ェッジ基板２２５と同時に検出用レーザ光２２８の元の
光軸Ｒのまわりに回転するようになっている。この平行
平板ガラス２２７は検出光光路変更手段を構成する。

【００３１】ウェッジ基板２２５を通過した検出用レー
ザ光２２８は、その元の光軸Ｒに対して一定の角度φだ
け傾斜して進む。この角度φは、ウェッジ基板２２５の
斜面の傾斜角度θに依存する。さらに検出用レーザ光２
２８の光路は平行平板ガラス２２７を通過することによ
って平行移動し、図に示す光路２２８ａとなる。この
時、光路２２８ａが集光レンズ２２１の入射側焦点位置
（以下、前側焦点位置という）Ｐを通過するように、平
行平板２２７の傾斜角度ψが設定されている。

【００３２】次に、図３に示すように、トリガユニット
２４にはコンパレータ２４１、トリガ信号発生回路２４
２、ディレイ回路２４３が備えられている。このトリガ
ユニット２４においては、光検出器２２６からの検出信
号Ｓ_LDがコンパレータ２４１においてあるしきい値Ｖ_th
（図７参照）で二値化されて矩形波信号Ｓ_cpが生成さ
れ、トリガ信号発生回路２４２においてこの矩形波信号
Ｓ_cpの立ち下がりに同期したトリガ信号Ｓ_tgが出力され
る。さらにトリガ信号Ｓ_tgは、ディレイ回路２４３に入
力され、ここでメインコントローラ２３から指令された
遅延時間Ｔ_Dが与えられ、ＴＰとしてレーザコントロー
ラ２６に出力される。

【００３３】次に、図４に示すように、レーザコントロ
ーラ２６には、入出力部２６０、中央演算部２６１、ト
リガ回路２６２が備えられている。トリガ回路２６２
は、トリガユニット２４からのトリガ信号ＴＰの立ち上
がりに同期してメインコントローラ２３から中央演算部
２６１に指示された所定のパルス幅のトリガ信号ＦＰを
生成し、このトリガ信号ＦＰがスイッチ部１３２に入力
される。また、コンデンサ部１３１に供給される電荷の
電圧値は、入出力部２６０より中央演算部２６１に入力
され、中央演算部２６１から安定化電源部１３０に指示
される。これ以降は、前述したような過程に従ってパル
ス状の加工用レーザ光（図７ではＬＰで示す）が発振す
る。

【００３４】図２に戻り、加工ヘッド１２及び検出光学
系２００の機能を説明する。レーザヘッド１１から発振
した加工用レーザ光１００は、ベンディングミラー２２
０で方向が変えられ、集光レンズ２２１で集光されてワ
ーク１上に垂直に照射される。また、検出光源２２２か
ら出射した検出用レーザ光２２８は、ビームスプリッタ
２２４を通過し、コリメータレンズ２２３で平行光にさ
れ、ウエッジ基板２２５で光路が角度φだけ傾斜し、さ
らに平行平板ガラス２２７で光路が平行移動して光路２
２８ａとなり、集光レンズ２２１の前側焦点位置Ｐを通
過する。前側焦点位置Ｐを通過した検出用レーザ光２２
８は集光レンズ２２１に入射し、集光レンズ２２１を通
過後は検出光２２８の元の光軸Ｒと平行に進んでワーク
１（リードフレームのダムバー部近傍）に適当なスポッ
トで結像する。なお、集光レンズ２２１を通過後の検出
用レーザ光２２８の光路（図中２２８ｂで示す）は加工
用レーザ光１００の光軸に対して平行でもある。

【００３５】この時、ウエッジ基板２２５を通過した検
出用レーザ光２２８の、元の光軸Ｒに対する角度φは、
ウエッジ基板２２５の屈折率ｎ₁、ウェッジ基板の斜面
の傾斜角度θ、により、 φ＝（ｎ₁−１）θ … （１） と表される。

【００３６】また、平行平板ガラス２２７を出た検出用
レーザ光２２８の光路２２８ａが集光レンズ２２１の前
側焦点位置Ｐを通過するという条件より、ウエッジ基板
２２５通過後の検出用レーザ光２２８の傾斜角度φ及び
平行平板ガラス２２７の傾斜角度ψは次式を満たすよう
に設定される。 (Ｌ_f−Ｆ_f)φ＝ｄ（tanψ−tan(sin^-1(sinψ／ｎ₂))）sinψ … （２） ここに、Ｌ_fはウエッジ基板２２５から集光レンズ２２
１の主点までの距離、Ｆ_fは集光レンズ２２１の前側焦
点距離、ｄは平行平板ガラス２２７の厚さ、ｎ₂は平行
平板ガラス２２７の屈折率である。

【００３７】ワーク１上の検出用レーザ光２２８の照射
位置（即ち検出位置）の加工用レーザ光１００の照射位
置（即ち加工位置）に対する相対的な位置の変更（切り
替え）は、回転ユニット２３０Ａを回転モータ２３０ａ
で回転させ、ウエッジ基板２２５及び平行平板ガラス２
２７を同時に光軸Ｒの回りに回転させることにより行う
ことが可能である。この回転角度は、図２において角度
αで表してある。検出用レーザ光２２８のスポット２２
８Ａは加工用レーザ光１００の集光位置１００Ａからｒ
₀だけ離れた位置に結像する。このｒ₀は、集光レンズ２
２１の出射側焦点距離（以下、後側焦点距離という）Ｆ
_rと式（１）により、 ｒ₀＝Ｆ_rφ＝Ｆ_r（ｎ₁−１）θ … （３） と表される。

【００３８】また、検出用レーザ光２２８のスポット２
２８Ａの位置を、加工用レーザ光１００の集光位置１０
０Ａを基準とするベクトルの成分で表示すると、次のよ
うになる。 ［ｒ₀］＝（ｒ₀cosα，ｒ₀sinα） … （４） 但し、［］はベクトルを表わし、αは前述のウエッジ基
板２２５及び平行平板ガラス２２７の回転角度である。

【００３９】集光レンズ２２１を通過後の検出光２２８
の光路は元の光軸Ｒ、及び加工用レーザ光１００の光軸
と平行であり、ワーク１に垂直に入射するため、ワーク
１表面で反射した検出用レーザ光２２８の反射光は入射
したときと同一の光路２２８ａを通って戻ることにな
る。即ち、検出用レーザ光２２８の反射光２２９は、集
光レンズ２２１、ベンディングミラー２２０、平行平板
ガラス２２７、ウェッジ基板２２５、及びコリメータレ
ンズ２２３を入射時と同一の光路上をたどりながら戻
る。そして、反射光２２９は、ビームスプリッタ２２４
で反射し、光検出器２２６に集められ、光検出器２２６
からはワーク１表面の情報（リードフレームのダムバー
部近傍の材料の有無、即ちリード部の配列状態の情報）
を含んだ検出信号Ｓ_LDが出力される。

【００４０】以上の構成を有するレーザ加工装置の動作
を説明する。ここでは、図５に示したように、ワーク１
（ＱＦＰ型のＩＣパッケージ）の四つの各辺にあるダム
バー部２を、例えば図中矢印で示した軌跡５ａ〜５ｄに
沿って、その順番で切断、除去する場合について考え
る。図５に示すワーク１においては、中央に樹脂モール
ド部１ｂが設けられ、その四方から多数のリード部４が
延びており、各リード部４のスリット部３にダムバー部
２が設けられている。但し、Ｘ軸及びＹ軸を図のように
定める。

【００４１】まず、検出光２２８のスポット２２８Ａの
位置が、加工用レーザ光１００の集光位置１００Ａから
Ｙ軸の負方向（ダムバー部２から遠ざかる向き）にｒ₀
だけ離れた位置になるように、即ちαが２７０°になる
ようにウェッジ基板２２５を調整しておく。

【００４２】次に、ワーク１をＸＹテーブル２１で移動
させ、加工ヘッド１２を軌跡５ａの始点からＸ軸の正方
向に（ワーク１に対して）相対的に一定速度ｖで移動さ
せる。すると、微小スポットに絞られた検出用レーザ光
２２８のスポット２２８Ａはワーク１上を図５及び図６
に示す軌跡５ａ上を移動する。これにより、光検出器２
２６で検出された検出信号Ｓ_LDの変化は、図６に示すよ
うにリード部４で高い出力となり、スリット部３で低い
出力となる。この時、ワーク１のリード部４とスリット
部３が等ピッチで並んでいれば、ＸＹテーブル２１が一
定速度で移動するので検出信号Ｓ_LDは一定周期の波形と
して検出される。一方、ワーク１のリード部４とスリッ
ト部３が等ピッチで並んでいない場合には、検出信号Ｓ
_LDはピッチの変化に比例した時間変化を持つ波形として
検出される。但し、ｒ₀は軌跡５ａ〜５ｄとダムバー部
２との距離に対応するが、これは、ダムバー部２の幅Ｗ
_DBの寸法を考慮し、検出用レーザ光２２８によってリー
ド部４の配列を精度良く検出できるような距離とするこ
とが望ましい。

【００４３】次に、検出信号Ｓ_LDはトリガユニット２４
に入力され、図７に示す信号処理が行われる。図７は、
図６に示す軌跡でワーク１を一定速度ｖで動かした時の
リード部４及びスリット部３に対応した検出信号Ｓ
_LDと、その検出信号Ｓ_LDを基に順次信号処理を行って加
工用レーザ光１００が照射されるまでの変化を示すタイ
ムチャートである。トリガユニット２４に入力された検
出信号Ｓ_LDは、コンパレータ２４１において、リード部
４のエッジに対応するしきい値Ｖ_thで二値化され矩形波
信号Ｓ_cpが生成される。但し、コンパレータ２４１内部
の回路では若干の遅れがあるため、矩形波信号Ｓ_cpの立
ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、検出信号Ｓ_LD
がしきい値Ｖ_thを切るタイミングよりも少し遅れる。図
７では、この微小な遅延時間をδｔ₁で表した。矩形波
信号Ｓ_cpはトリガ信号発生回路２４２に入力され、トリ
ガ信号発生回路２４２は上記矩形波信号Ｓ_cpの立ち下が
りに同期したトリガ信号Ｓ_tgを生成し、ディレイ回路２
４３に出力する。ディレイ回路２４３では、トリガ信号
Ｓ_tgにメインコントローラ２３から指令された遅延時間
Ｔ_Dが与えられ、トリガ信号ＴＰが生成される。この
時、トリガ信号Ｓ_tgの立ち下がり時刻に遅延時間Ｔ_Dを
加えた時刻をトリガ信号ＴＰの立ち上がり時刻とする。
ディレイ回路２４３からは上記トリガ信号ＴＰがレーザ
コントローラ２６に出力される。

【００４４】レーザコントローラ２６では、トリガ信号
ＴＰがトリガ回路２６２に入力され、このトリガ回路２
６２からは、トリガ信号ＴＰの立ち上がりに同期したト
リガ信号ＦＰが出力される。トリガ信号ＦＰのパルス幅
は、前述のようにメインコントローラ２３から中央演算
部２６１を介して指示される。さらにトリガ信号ＦＰは
スイッチ部１３２に入力され、そのトリガ信号ＦＰの立
ち上がりに同期してスイッチ部１３２がＯＮとなり、励
起ランプ１１０にコンデンサ部１３１からの電荷が供給
され、さらにトリガ信号ＦＰの立ち下がりに同期して、
スイッチ部１３２がＯＦＦとなり、励起ランプ１１０へ
の電荷の供給が停止する。以上のようにしてトリガ信号
ＦＰに同期したパルス状の加工用レーザ光１００（図７
ではＬＰで示す）が発振する。ここで、スイッチ部１３
２や励起ランプ１１０での遅れ等のために、トリガ信号
ＴＰ（トリガ信号ＦＰ）の立ち上がりから加工用レーザ
光ＬＰの発振までには、微小な遅延時間δｔ₂が存在す
る。

【００４５】ここで、ディレイ回路２４３で与える遅延
時間Ｔ_Dについて説明する。ワーク１のスリット部３の
幅をＬ_Sとすると、検出用レーザ光２２８がリード部４
の終わりの点（リード部４からスリット部３に変わる
点）を検出してから、加工用レーザ１００の集光位置１
００Ａがスリット部３の中央まで移動する時間Ｔ₁は、 Ｔ₁＝（Ｌ_S／２）／ｖ … （５） となる。ここに、ｖは前述のワーク１の移動速度であ
る。また、検出用レーザ光２２８がリード部４の終わり
の点を検出してから、加工用レーザ光１００（ＬＰ）が
ワーク１に照射されるまでの時間Ｔ₂は、ディレイ回路
２４３で与えられる遅延時間Ｔ_Dを用いて、 Ｔ₂＝Ｔ_d＋δｔ … （６） と表される。ここに、δｔは前述の遅延時間δｔ₁，δ
ｔ₂及びその他の回路等で生じる遅れを総合した遅延時
間を表す。

【００４６】加工用レーザ光１００（ＬＤ）がダムバー
部２の中央に照射されるべき条件は、 Ｔ₁＝Ｔ₂ … （７） であるから、式（５）〜（７）より遅延時間Ｔ_Dは、 Ｔ_D＝（Ｌ_S／２）／ｖ−δｔ … （８） に設定されることになる。なお、遅延時間δｔ、ワーク
１の移動速度ｖ、及びスリット部３の幅Ｌ_Sは、予めメ
インコントローラ２３に入力される値である。

【００４７】ところで、前述の特開平８−１３６６号公
報に記載の従来技術では、図２に示すような平行平板ガ
ラス２２７、即ち検出光光路変更手段が設けられないた
め、例えば図２で表せば、ウェッジ基板２２５を通過し
た検出用レーザ光２２８は図２中破線で示す光路２２８
ｃ及び２２８ｄを通ることになる。つまり、ワーク１に
入射する際の光路２２８ｃと、ワーク１表面で反射した
後の光路２２８ｄが異なってしまい、検出用レーザ光２
２８の照射位置の加工用レーザ光１００の照射位置に対
する相対的な距離ｒ₀が大きい場合などには、検出用レ
ーザ光２２８の反射光の一部がコリメータレンズ２２３
（或いは光検出器２２６）に入射せずにケラれてしまう
可能性がある。従って、光検出器２２６に入射する検出
用レーザ光２２８の反射光量が極端に減少し、光検出器
２２６での検出精度に影響を与えてしまう。

【００４８】例えば、図８に示すように、検出信号Ｓ_LD
による検出信号出力がＳ₁で示される場合に比べて、Ｓ₂
のように検出信号出力が低下した場合には、しきい値Ｖ
_thを基に生成されるトリガ信号Ｓ_tgのタイミングが図中
εで示すタイミングだけずれてしまう。但し、図８は、
リード部４及びスリット部３の幅をそれぞれ１７０μ
ｍ、１３０μｍとし、検出用レーザ光２２８のスポット
位置におけるエネルギ分布をビーム径３０μｍのガウス
分布と仮定し、その反射光量の相対値を計算した結果を
示す図である。このことは、光検出器２２６に入射する
反射光量の減少（変化）が大きいと、トリガ信号Ｓ_tgの
タイミングがずれ、所定の精度による加工用レーザ光１
００の照射位置の位置決めが困難となってしまうことを
表している。

【００４９】これに対し、本実施形態によれば、ウェッ
ジ基板２２５を通過した検出用レーザ光２２８を平行平
板ガラス２２７により平行移動させ、集光レンズ２２１
の前側焦点位置Ｐを通過させることにより、ワーク１に
垂直に入射させ、その反射光を入射時と同じ光路２２８
ａに通すことができる。従って、検出用レーザ光２２８
の反射光２２９がコリメータレンズ２２３や光検出器２
２６に入射せずにケラれてしまうことがなく、光検出器
２２６に入射する検出用レーザ光２２８の反射光量が減
少するようなことがなく、高精度な検出を行うことがで
きる。この結果、図８に示したようなトリガ信号Ｓ_tgの
タイミングのずれが生じることがなく、加工用レーザ光
１００の照射位置を高い精度で位置決めすることができ
る。

【００５０】また、検出用レーザ光２２８の照射位置の
加工用レーザ光１００の照射位置に対する相対的な距離
ｒ₀を変更する際には、例えばウェッジ基板２２５を別
の傾斜角度のものに変更すればよいが、ｒ₀が大きくな
るような場合であっても、光検出器２２６への検出用レ
ーザ光２２８の反射光量の減少はなく、高い検出精度を
確保することができる。

【００５１】さらに、ｒ₀が大きくなるような場合でも
高い検出精度を確保することができるため、ダムバー部
２の幅Ｗ_DB（図６参照）が広い場合など、ｒ₀を大きく
する必要がある場合でも十分に対応でき、高精度な検出
及び高精度なダムバー部２の切断、除去を実施すること
ができる。

【００５２】上記では、軌跡５ａに沿うダムバー部２を
切断、除去する場合を中心に説明したが、それに引き続
いて、ワーク１の残り３つの各辺にあるダムバ部２を軌
跡５ｂ〜５ｄに沿って順次切断、除去する場合につい
て、以下で説明する。

【００５３】軌跡５ａに沿う全てのダムバー部２の切断
（Ｘ軸の正方向）が完了すると、ウェッジ基板２２５及
び平行平板ガラス２２７を加工ノズル１２の中心軸に対
し反時計まわりに９０°回転させる。そして、ＸＹテー
ブル２１により加工位置をＹ軸の正方向に一定速度で移
動させ、軌跡５ａの時と同様のダムバー部２の切断を軌
跡５ｂに沿って行う。次に、ウェッジ基板２２５及び平
行平板ガラス２２７をさらに反時計まわりに９０°回転
させ、ＸＹテーブル２１により加工位置をＸ軸の負方向
に一定速度で移動させ、軌跡５ａの時と同様のダムバー
部２の切断を軌跡５ｃに沿って行う。次に、ウェッジ基
板２２５及び平行平板ガラス２２７をさらに反時計まわ
りに９０°回転させ、ＸＹテーブル２１により加工位置
をＹ軸の負方向に一定速度で移動させ、軌跡５ａの時と
同様のダムバー部２の切断を軌跡５ｄに沿って行う。以
上により、ワーク１（ＩＣパッケージ）１の４つの辺全
てにおけるダムバー部２の切断、除去が完了する。

【００５４】以上のような本実施形態によれば、ウェッ
ジ基板２２５を通過した検出用レーザ光２２８を平行平
板ガラス２２７により平行移動させ、集光レンズ２２１
の前側焦点位置Ｐを通過させるので、ワーク１で反射し
た検出用レーザ光２２８の反射光を入射時と同じ光路２
２８ａに通すことができ、光検出器２２６に入射する検
出用レーザ光２２８の反射光量を減少させたり変動させ
ることがなく、従って、高精度な検出を行うことができ
る。

【００５５】そして、ワーク１表面の情報（ダムバー部
２近傍の材料の有無、即ちリード部４の配列状態の情
報）を含んだ検出信号に基づいて加工用レーザ光１００
の発振を制御するので、高い位置決め精度で所望の加工
位置での加工を実施することができる。

【００５６】また、リード部４のピッチとＸＹテーブル
２１の移動速度ｖとで決まる加工用レーザ光１００の発
振周期程度の短時間でダムバー部２を切断することがで
き、高速な加工が行え、しかも、リード部４端部より一
定の距離だけ離れた位置に加工用レーザ光１００が照射
されるため、リード部４のピッチが等間隔である場合の
みならず等間隔でない場合にでも、ワーク１の形状に応
じて切断すべき所望の位置を確実かつ高速に加工するこ
とができる。

【００５７】さらに、検出用レーザ光２２８の照射位置
の加工用レーザ光１００の照射位置に対する相対的な距
離ｒ₀が大きくなるような場合であっても、光検出器２
２６への検出用レーザ光２２８の反射光量の減少はな
く、高い検出精度を確保することができる。従って、ダ
ムバー部２の幅Ｗ_DBが広い場合など、ｒ₀を大きくする
必要がある場合でも十分に対応でき、高精度な検出及び
高精度なダムバー部２の切断、除去を実施することがで
きる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、検出位置切り換え手段
を通過した検出光が集光レンズの入射側焦点位置を通過
するように、検出光の光路を変更するので、被加工物で
反射した検出光の反射光を入射時と同じ光路に通すこと
ができ、検出手段に入射する検出光の反射光量を減少さ
せたり変動させることがなく、高精度な検出を行うこと
ができる。

【００５９】また、上記の被加工物表面の情報を含んだ
検出信号に基づいてレーザ光の発振を制御するので、高
い位置決め精度で所望の加工位置での加工を実施するこ
とができる。それに加えて、ＩＣパッケージのダムバー
を切断する場合には、リード部のピッチと搬送手段の移
動速度とで決まるレーザ光の発振周期程度の短時間でダ
ムバー部を切断することができ、高速な加工が行え、か
つ加工位置が等間隔である場合のみならず等間隔でない
場合にでも、所定の加工位置を確実かつ高速に加工する
ことができる。

【００６０】さらに、検出位置の加工位置に対する相対
的な距離が大きくなるような場合でも、検出手段への検
出光の反射光量の減少はなく、高い検出精度を確保する
ことができ、特にＩＣパッケージのダムバーを切断する
際には、幅の広いダムバー部にも十分に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の構
成の概略図である。

【図２】図１の加工ヘッド、検出光学系、回転式ウェッ
ジ基板装置、及び平行平板ガラスの構成の概略図であ
る。

【図３】図１のトリガユニットの構成を示す図である。

【図４】図１のレーザコントローラの構成を示す図であ
る。

【図５】図１のレーザ加工装置によってＩＣパッケージ
の四つの辺にあるダムバーを順次切断、除去する状況を
説明する図である。

【図６】リードフレームのダムバーと光検出器からの検
出信号との対応関係を表す図である。

【図７】ワークを一定速度で動かした時のリード部及び
スリット部に対応した検出信号と、その検出信号を基に
順次信号処理を行って加工用レーザ光が照射されるまで
の変化を示すタイムチャートである。

【図８】検出用レーザ光の反射光量の減少によって検出
信号出力が低下し、それによるトリガ信号発生回路から
のトリガ信号発生タイミングがずれる様子を説明する図
である。

【図９】従来のレーザ加工装置の構成の概略図である。

【図１０】図９のダムバー加工装置によるダムバー部の
切断状況を説明するための図であって、（ａ）はダムバ
ーを有するＩＣパッケージを示す図、（ｂ）は（ａ）の
Ｂ部拡大図である。

【符号の説明】

１ ワーク（ＩＣパッケージ） １ａ リードフレーム １ｂ 樹脂モールド部 ２ ダムバー部 ３ スリット部 ４ リード部 １０ レーザ発振器 １１ レーザヘッド １２ 加工ヘッド １３ レーザ電源 ２１ ＸＹテーブル ２２ Ｚテーブル ２３ メインコントローラ ２４ トリガユニット ２５ コントロールユニット ２６ レーザコントローラ １００ 加工用レーザ光 １００Ａ （加工用レーザ光の）集光位置 １１０ 励起ランプ １３０ 安定化電源部 １３１ コンデンサ部 １３２ スイッチ部 １３３ 交流電源 ２００ 検出光学系 ２２０ ベンディングミラー ２２０ａ 加工光学系 ２２１ 集光レンズ ２２２ 検出光源 ２２３ コリメータレンズ ２２４ ビームスプリッタ ２２５ ウエッジ基板 ２２６ 光検出器 ２２７ 平行平板ガラス ２２８ 検出用レーザ光 ２２８ａ，２２８ｂ （検出用レーザ光の）光路 ２２８Ａ （検出用レーザ光の）スポット ２２９ （検出用レーザ光の）反射光 ２３０ 回転式ウェッジ基板装置 ２３０ａ 回転モータ ２３０Ａ 回転ユニット ２４１ コンパレータ ２４２ トリガ信号発生回路 ２４３ ディレイ回路 ２６０ 入出力部 ２６１ 中央演算部 ２６２ トリガ回路 Ｐ （集光レンズの）前側焦点位置 Ｒ 検出用レーザ光の元の光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 俊彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (56)参考文献 特開 平８−1366（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−170562（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス状のレーザ光を発振するレーザ発振
   器と、前記レーザ光を被加工物の加工位置表面に垂直に
   誘導する加工光学系と、前記レーザ光を前記加工位置に
   集光させる集光レンズと、前記被加工物を移動させその
   加工位置を決定する搬送手段とを備えるレーザ加工装置
   において、 検出光を発生する検出光発生手段と、前記検出光を前記
   集光レンズを介して前記加工位置近傍の検出位置に誘導
   する検出光学系と、前記レーザ光の照射位置に対する前
   記検出光の検出位置の相対位置を前記被加工物上で変更
   する検出位置切り換え手段と、前記検出光学系に設けら
   れ、前記検出位置切り換え手段による前記レーザ光の照
   射位置に対する前記検出光の検出位置の相対位置の変更
   に係わらず、前記検出光が前記集光レンズの入射側焦点
   位置を通過するように前記検出光の光路を変更する検出
   光光路変更手段と、前記検出位置からの前記検出光の反
   射光を基に前記検出位置における被加工物の有無を検出
   して対応する検出信号を発生する検出手段と、前記検出
   手段からの検出信号に基づき前記被加工物の所定の加工
   位置に前記レーザ光が照射されるようそのレーザ光の発
   振を制御する制御手段とを備えることを特徴とするレー
   ザ加工装置。
2. 【請求項２】リードフレームに半導体チップを搭載し樹
   脂モールドで一体に封止したＩＣパッケージのダムバー
   を切断するダムバー加工方法において、 請求項１記載のレーザ加工装置を用い、検出光を加工位
   置近傍に照射し、その検出光の反射光を基に前記加工位
   置に対応する検出信号を発生させ、その検出信号に基づ
   く所定のタイミングで前記ダムバーに前記レーザ光が照
   射されるようそのレーザ光の発振を制御することを特徴
   とするダムバー加工方法。